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CAPÍTULO 3
3. DATOS DE LAS MUESTRAS
En este capítulo se mostrarán los datos de las muestras que se
utilizaron para demostrar de qué manera influye la materia prima y las
condiciones de procesamiento, en las propiedades mecánicas de la
película.
Se empezará mostrando los datos de la materia prima utilizada en
cada una de las muestras, luego se presentarán los datos de las
condiciones de procesamiento para la producción de cada película,
221
Por último se observarán las propiedades mecánicas que cada
película obtuvo en su proceso de extrusión.
Cabe mencionar que de todas las muestras que se obtuvieron,
presentan cambios en la materia prima (MI1, MI2, ρ1 y ρ2), y fueron
obtenidas de una producción que se llevó a cabo, exclusivamente,
para esta tesis; en dicha producción se iba cambiando la materia
prima según la muestra que se quería obtener. Las demás muestras,
las que presentan cambios en las condiciones de procesamiento, se
obtuvieron de una producción que se llevó a cabo para un cliente de la
empresa donde se obtuvieron dichas muestras. En dicha producción
se iban cambiando las condiciones de procesamiento según la
muestra que se quería obtener.
También es necesario acotar que en las extrusoras de las cuales se
obtuvieron las muestras, había un único sistema de enfriamiento
externo.
En este capítulo se podrá observar que no hay muestras para las
cuales se presente una influencia en las propiedades mecánicas, por
un cambio en el Die Gap. No se presentaron dichas muestras porque
no se logró conseguir una extrusora para obtener dos muestras, la
primera muestra con un cabezal (Die Gap1) y la otra muestra con un
cabezal diferente (Die Gap2); tampoco se pudo conseguir dos
222
extrusoras en las cuales sólo cambiara el cabezal, es decir, una
extrusora para obtener la primera muestra con un cabezal (Die Gap1)
y otra extrusora de iguales características, pero con un cabezal
diferente (Die Gap2), de la cual se obtuviera la segunda muestra.
En el Capítulo 2 se utilizaron los datos de una muestra que no entró
en el análisis, ya que no se consiguió otra de iguales características,
pero con un Die Gap diferente. Los datos de esta muestra se
utilizaron para observar mediante la teoría de la mecánica de fluidos,
los cambios en las presiones y los esfuerzos de corte en el fundido
que fluye a través del cabezal, al cambiar el Die Gap, lo cual puede
dar una idea de lo que pasaría en la práctica. En el Apéndice se
encuentran los datos de la muestra que se utilizaron en el Capítulo 2,
y los datos de otras muestras que tampoco entraron en el análisis.
3.1 Datos de Materia Prima
La materia prima utilizada en cada una de las muestras, se visualizará
en la Tabla 5, la cual consta el nombre de la película, la materia prima
que la compone, la marca, el tipo, el índice de fluidez (MI), la densidad
(ρ) y la proporción de cada componente. En la tabla también se
observa que cada película es una mezcla de componentes, cuyos
datos servirán para establecer el MI y la ρ de la mezcla.
223
TABLA 5
MATERIA PRIMA UTILIZADA EN LAS MUESTRAS
Como se observa en la Tabla 5 las muestras no son 100% HDPE, sino
que son una mezcla de HDPE y LLDPE, teniendo al componente
HDPE en mayor proporción.
Las primeras cuatro muestras (MI1, MI2, ρ1 y ρ2) tienen componentes
diferentes y por lo tanto Índices de Fluidez y Densidades diferentes
entre componentes de una y otra muestra, sin embargo, las muestras
conservan la misma proporción en sus componentes (67% HDPE y
33% LLDPE), los cuales son diferentes porque en estas películas se
trató de obtener Índices de Fluidez y Densidades diferentes entre las
224
muestras, para poder observar la manera en que MI y ρ influyen en
las propiedades mecánicas de las películas.
Las muestras que se encuentran debajo de las cuatro primeras, tienen
los mismos componentes, los cuales también se encuentran en la
misma proporción (80% HDPE y 20% LLDPE) para cada una de estas
muestras. En estas películas no se trataba de observa la influencia de
MI y ρ en las propiedades mecánicas, las películas sirvieron para
observar la manera en que influyen las condiciones de procesamiento
(FLUJO, FH, DDR y BUR) en las propiedades mecánicas, razón por la
cual se tuvo que mantener constante la materia prima.
Para obtener el Índice de Fluidez y la Densidad de cada muestra, se
utilizaron las siguientes herramientas:
Tabla para predecir el Índice de Fluidez de una mezcla de dos
componentes.
Fórmula para predecir la Densidad de una mezcla de dos
componentes.
La tabla para predecir el Índice de Fluidez de una mezcla de dos
componentes, se muestra en la Figura 3.1, en la cual se observan los
componentes X y Y. Cada componente tiene su propio MI, con el cual
225
colabora cada uno de ellos en el MI de la mezcla, según el porcentaje
de peso de cada uno de ellos.
Para encontrar el MI de la mezcla en la Figura 3.1, habrá que seguir el
siguiente procedimiento:
FIGURA 3.1 PREDICCIÓN DEL ÍNDICE DE FLUIDEZ DE UNA MEZCLA DE DOS COMPONENTES
1. Se marca un punto en el MI del componente X.
2. Se marca un punto en el MI del componente Y.
3. Se traza una línea desde el MI del componente X hasta el MI del
componente Y o viceversa.
226
4. Se traza una línea vertical desde el porcentaje de peso que tiene el
componente X en la mezcla, hasta el porcentaje de peso que tiene
el componente Y en la mezcla o viceversa.
5. Se traza una línea horizontal desde el punto de intersección entre
las líneas de MI y de porcentajes de peso, hasta el eje de MI más
cercano.
6. La intersección entre la línea horizontal y el eje de MI más cercano,
es el MI de la mezcla.
En la Figura 3.1, se muestran dos ejemplos de predicción del MI en
mezclas. La primera mezcla se encuentra entre los puntos A y B, que
marcan el MI del componente X (22 g/10 min) y el MI del componente
Y (3 g/10 min), respectivamente. El punto C de esta mezcla, es la
intersección entre la línea de MI (A – B) y la línea de porcentajes de
peso que si se observa, se notará que indica que la mezcla consta de
50% en peso del componente X y 50% en peso del componente Y. La
línea horizontal está trazada desde el punto C hasta el eje de MI del
componente Y, señalando así la intersección entre la línea horizontal y
el eje de MI del componente Y, intersección que indica el MI de la
mezcla (8 g/10 min).
Los MI de los componentes, deben haber sido obtenidos bajo las
mismas condiciones de fuerza, para poder predecir el MI de la mezcla;
227
de esta manera el MI de la mezcla que se obtendría, estaría bajo las
mismas condiciones de fuerza que tienen los MI de los componentes.
En nuestro caso, se ha trabajado con Índices de Fluidez obtenidos
bajo la acción de una fuerza de 2.16 Kg.
La segunda mezcla que muestra la tabla de la Figura 3.1, se
encuentra entre los puntos A y D, puntos que marcan el MI del
componente X (22 g/10 min) y el MI del componente Y (5 g/10 min),
respectivamente. El punto E de esta mezcla, es la intersección entre la
línea de MI (A – D) y la línea de porcentajes de peso; si observamos,
nos damos cuenta que la línea de porcentajes de peso, nos indica que
la mezcla consta de 67% en peso del componente X y 33% en peso
del componente Y. La línea horizontal está trazada desde el punto E
hasta el eje de MI del componente X, señalando así la intersección
entre la línea horizontal y el eje de MI del componente X, intersección
que indica el MI de la mezcla (13.5 g/10 min).
La Fórmula para predecir la Densidad de una mezcla de dos
componentes, se muestra a continuación en la Ecuación 3.1:
2sin1sin
2sin1sin
areare
areare
muestravolumenvolumen
masamasa
228
2sin
2sin
1sin
1sin
2sin1sin
are
are
are
are
areare
muestra
mm
mm
Ecuación 3.1
Donde:
mresina1 es la masa de la resina #1 ó del componente #1 que
interviene en la mezcla para la elaboración de la película;
mresina2 es la masa de la resina #2 ó del componente #2 que
interviene en la mezcla para la elaboración de la película;
resina1 es la densidad de la resina #1 ó del componente #1 que
interviene en la mezcla para la elaboración de la película;
resina2 es la densidad de la resina #2 ó del componente #2 que
interviene en la mezcla para la elaboración de la película;
muestra es la densidad de la mezcla de los dos componentes que
intervienen en la elaboración de la película.
En la Ecuación 3.1 se puede observar que la densidad de la película
es igual al cociente entre la suma de las masas de los componentes
omateria prima que se mezcla para la elaboración de la película, y la
suma de sus volúmenes. Para la obtención del volumen de cada
componente, se divide la masa del componente para su densidad. De
esta manera se llega a predecir la densidad que la película obtendrá al
estar formada por dos componentes de diferente densidad.
229
En el caso de no tener la masa de cada componente, se puede
establecer la Ecuación 3.1 en términos de porcentajes ó fracciones:
100
%%
1
2sin
2sin
1sin
1sin
are
are
are
are
muestra
Ec. 3.2
Donde:
%resina1 es el porcentaje en masa de la resina #1 en la mezcla;
%resina2 es el porcentaje en masa de la resina #2 en la mezcla.
Una vez que se conoce los procedimientos para llegar a obtener el
Índice de Fluidez y la Densidad de una mezcla de dos componentes,
se estableció la Tabla 3.2, en la cual constan MI y ρ para cada una de
las muestras que se utilizaron en la tesis.
En la Tabla 6, a parte de los Índices de Fluidez y de las Densidades
de las muestras, se muestran los nombres de las muestras, la
composición, MI, ρ y proporción de cada componente.
230
TABLA 6
ÍNDICE DE FLUIDEZ Y SENSIDAD DE CADA MUESTRA
3.2 Datos de condiciones de procesamiento
Como se mencionó al inicio del Capítulo 3, luego de mostrar los
datos de materia prima para cada película, se mostrarán los
datos de las condiciones de procesamiento para la elaboración
de cada película. En la siguiente tabla constarán los datos de las
condiciones de procesamiento:
231
TABLA 7
CONDICIONES DE PROCESAMIENTO
En la Tabla 7, al igual que en las anteriores tablas del Capítulo 3,
se muestran dos películas para cada parámetro de materia prima
y de condición de procesamiento, habiéndose obtenido dos
películas para cada parámetro, con el fin de observar la
influencia de la materia prima y de las condiciones de
procesamiento en las propiedades mecánicas de las películas.
3.3 Datos de propiedades mecánicas
Para observar la influencia de la materia prima y de las
condiciones de procesamiento, se empezará a mostrar los datos
232
de las propiedades mecánicas para cada película, a través de los
ensayos prescritos en el Capítulo 2. Una vez que se muestren
todos los datos de las propiedades mecánicas, se establecerá
una tabla que integrará los datos de materia prima, condiciones
de procesamiento y propiedades mecánicas, para ir definiendo la
influencia de cada parámetro sobre cada muestra.
3.3.1 Resistencia a la Tensión y Elongación
La obtención de los datos de resistencia a la tensión y
elongación se la obtuvo mediante el ensayo ASTM D-882, el
cual se describió en el Capítulo 2. A continuación se narrará el
desarrollo del ensayo para la obtención de los valores de
resistencia a la tensión y elongación, para las muestras que se
estudian en esta tesis:
1. Se traspuso la muestra bajo la luminaria y al observarla, se
descubrió las cadenas moleculares en DM. Una vez que se
supo la orientación de las cadenas en la muestra, con un
marcador se señaló en una esquina la dirección de las
cadenas en DM. Al marcar DM se dedujo que las cadenas
moleculares en DT se encontraban en dirección transversal.
233
FIGURA 3.2 SEÑALIZACIÓN DE LA DIRECCIÓN DE LAS CADENAS MOLECULARES
2. Se cortó un pedazo de muestra de 50 cm x 25 cm,
aproximadamente, para cada dirección molecular. Cada
uno de estos pedazos se lo extendió y estiró
moderadamente en la mesa de trabajo, sujetándolo con
adhesivos a la mesa. Esto se realizó para relajar la
muestra y desconcentrar esfuerzos por las arrugas y
doblez; la relajación de la muestra facilitaría el corte de
las tiras de la muestra, de tal manera que se obtuvieron
tiras sin mordeduras o sin bordes rasgados.
234
FIGURA 3.3 PELÍCULA EXTENDIDA
3. Una vez extendida y sujetada la película a la mesa, se
estableció el ancho de cada tira, el cual, dependiendo de
la muestra y de la dirección molecular, fluctuó entre 9 y
25 mm. Se marcó el ancho de cada tira en la muestra, el
cual fue medido a una escuadra para evitar errores de
paralelismo; así mismo, se cortó a escuadra cada tira,
con un largo, que dependiendo de la muestra y de la
dirección molecular, fluctuó entre 100 y 150 mm. Este
proceso de corte se realizó en DM y en DT.
235
FIGURA 3.4 CORTE DE TIRAS
4. Se procedió a medir el espesor de cada tira, en un
micrómetro de precisión, como se muestra en la
siguiente figura:
FIGURA 3.5 MEDICIÓN DE ESPESORES
236
Se identificó cada tira con un número o una letra, y se
anota el espesor en un papel para cada una de las tiras
identificadas.
5. Se procedió a probar cada tira en la máquina de tracción
y elongación, para esto se ubicó la tira con sumo cuidado
entre las mordazas, tratando en lo posible, de que el eje
longitudinal de la tira quede alineado con el centro de
cada una de las mordazas; además de la alineación,
debe coincidir la dirección molecular con la dirección de
halado de las mordazas. Luego de la ubicación de la tira,
se sujeta con cuidado, para que no ocurra ninguna
imperfección en la misma. Estos cuidados generarán
datos fidedignos de tensión y elongación.
(a) Tira entre mordazas
237
(b) Sujeción de tira
(c) Tira en dirección de halado
FIGURA 3.6 UBICACIÓN DE LA TIRA EN LA MÁQUINA DE ENSAYO DE TRACCIÓN Y ELONGACIÓN
238
6. Se inició el proceso de estiramiento de la tira, en el cual
se llegó a la tensión y elongación máxima que puede
resistir y tener la tira.
(a)
(b)
239
(c)
d)
FIGURA 3.7 ESTIRAMIENTO DE TIRA
240
Como se observa en la Figura 3.7, la tira se estiró hasta
romperse, en el instante que se rompa la máquina dejará
de estirar y las mordazas regresarán a su posición inicial,
registrándose en la pantalla digital de la máquina el valor de
la fuerza de tensión con que se rompió la tira, además de la
elongación que tuvo la tira hasta su ruptura.
El valor de la fuerza estará dado en Kgf y la elongación se
registrará en %; la representación porcentual de la
elongación significa la proporción en la cual se estira la tira
respecto a su longitud original.
FIGURA 3.8 REGISTRO DE FUERZA Y ELONGACIÓN EN
LA RUPTURA DE LA TIRA
241
7. Para cada tira de la muestra se anotan los valores de
fuerza de tensión y elongación con los cuales falló o se
rompió la tira. Para cada dirección molecular, se
escogieron los tres valores más concurrentes, con los
cuales se obtuvo un promedio de fuerza de tensión y
elongación; con el promedio de la fuerza de tensión y
del área transversal de las tiras, se procedió a realizar
el cálculo de resistencia a la tensión de la película para
cada dirección molecular, mediante la Ecuación 2.12:
A
Frr
Como ya se conoce, σr es el esfuerzo de tensión con el cual
se rompe la tira. Para cada muestra y en cada dirección
molecular, al reemplazar la fuerza de tensión promedio con
la cual fallan las tiras (Fr) y el área transversal promedio de
las mismas (A), en la Ecuación 2.12, se obtuvo la
resistencia a la tensión de la película (σr). Este valor de
resistencia a la tensión de la película se lo anota junto con
el valor de elongación promedio, para la dirección de cada
muestra.
242
Ahora que se ha narrado este ensayo, se procede a mostrar
la tabla de resultados del mismo, en la cual consta la
resistencia a la tensión y elongación de la película, para
cada dirección y muestra. Estos resultados servirán para
establecer relaciones entre la materia prima, condiciones de
procesamiento y propiedades mecánicas, objetivo que se
busca para saber de qué manera influye la materia prima y
las condiciones de procesamiento en las propiedades
mecánicas de las películas, por lo menos en las de HDPE. A
continuación se muestra la tabla:
TABLA 8
RESULTADOS DE RESISTENCIA A LA TENSIÓN Y ELONGACIÓN PARA LAS DIFERENTES MUESTRAS
243
3.3.2 Resistencia al Impacto
La obtención de los datos de resistencia al impacto se los
obtuvo mediante el ensayo ASTM D-1709 y se describió en el
Capítulo 2. A continuación se narra el desarrollo del ensayo
para la obtención de los valores de resistencia al impacto, para
las muestras que se estudian en esta tesis:
1. Se debe calibrar la altura de la máquina de ensayo, es
decir, dejar una altura entre la mordaza inferior y la mordaza
superior, para que al conectar el dardo en la mordaza
superior, haya la altura de 660 10 mm entre la punta de la
semiesfera del dardo hasta el nivel donde se encontrará la
película en la mordaza inferior.
2. Se revisa que el sistema neumático de la máquina de ensayo
esté funcionando adecuadamente, es decir, que la mordaza
superior sostenga el dardo y lo deje caer cuando se le
ordene, así también con la mordaza inferior, que sostenga y
deje libre la película cuando se le ordene.
3. Realizar el corte de las tiras para las diferentes muestras.
Tiras de 165 mm de ancho con un largo de al menos 1320
mm.
244
FIGURA 3.9 CORTE DE TIRAS DE LAS MUESTRAS
4. Se separa cada sección de prueba en la tira, con un
marcador se traza una línea en dirección transversal a la
longitudinal, cada 165 mm de longitud de la tira. Además
de la separación, se anota con un marcador el número de
la sección de prueba.
FIGURA 3.10 SEPARACIÓN DE SECCIONES DE PRUEBA
245
5. Se mide el espesor de cada sección de prueba, mediante
el micrómetro de precisión. El espesor de cada sección
debe irse anotando en un papel para cada muestra.
FIGURA 3.11 MEDICIÓN DE ESPESORES EN SECCIONES DE PRUEBA
6. Para ubicar la sección de prueba en la mordaza inferior,
hay que extenderla bien para que al ser sujetada por dicha
mordaza, pueda esta sección obtener la mayor reacción al
impacto. Hay que extender la sección de prueba con las
manos fuera de la mordaza.
246
FIGURA 3.12 UBICACIÓN DE LA SECCIÓN DE PRUEBA EN LA MORDAZA INFERIOR
7. Se obtiene el peso de la cabeza hemisférica, del anillo y del
vástago del dardo. Se anota el peso de estos tres
componentes para obtener una referencia con respecto al
peso que se añadirá.
FIGURA 3.13 PESAJE DE LA CABEZA HEMISFÉRICA DEL ANILLO Y DEL VÁSTAGO DEL DARDO
247
8. Se añaden los pesos cilíndricos para armar el dardo y
así obtener el peso de prueba, el cual puede ser
cualquiera en primera instancia,; por lo tanto, la cantidad
de pesos cilíndricos que se añaden queda a criterio de la
persona que realiza el ensayo.
FIGURA 3.14 PESAJE DEL DARDO
9. Se coloca el peso de prueba en la mordaza superior, la cual
lo sujeta hasta que se de la orden de soltarlo para que caiga
libremente sobre la sección de película que se está
probando. Sería prudente, que antes de ubicar el dardo en la
mordaza superior, se vuelva a probar el sistema neumático
de la misma, para estar seguros de que la mordaza superior
soltará el dardo cuando se le ordene.
248
FIGURA 3.15 UBICACIÓN DEL DARDO EN LA MORDAZA SUPERIOR
10. Una vez que se da la orden de soltar el dardo, éste cae
libremente sobre la sección de película que se está
probando. En un papel se anota si la sección de prueba se
rompe o no al recibir el impacto del dardo. A continuación
se muestra un formato de la tabla que debe utilizarse para
el registro de los resultados.
TABLA 9
APUNTES DE RESULTADOS DE PRUEBA DE IMPACTO
249
En la Tabla 9 se observa que para cada muestra se apunta el
peso de prueba que se utiliza en cada sección, el espesor de la
misma y como resultado se anota si la sección “Sí” rompió ó
“No” rompió al ser sometida a la prueba de impacto.
También se observa que el peso de prueba va cambiando
según la reacción de cada sección; este proceso de cambio en
el peso de prueba se va realizando hasta obtener el peso con el
cual la película rompe en el 50% de las pruebas que se realizan
con dicho peso, el cual sería la resistencia al impacto de la
película o de la muestra. En el caso de la muestra “DDR2”, que
muestra la Tabla 3.5, la resistencia al impacto de la muestra en
mención sería el peso de prueba de 42.6 g.
Ahora que se ha narrado este ensayo, se procede a mostrar la
tabla de resultados del mismo, en la cual consta la resistencia
al impacto de cada muestra. Estos resultados servirán para
establecer relaciones entre materia prima, condiciones de
procesamiento y propiedades mecánicas, objetivo que se busca
para saber de qué manera influye la materia prima y las
condiciones de procesamiento en las propiedades mecánicas
de las películas, por lo menos en las de HDPE. A continuación
se muestra la tabla:
250
TABLA 10
RESULTADOS DE RESISTENCIA AL IMPACTO PARA LAS DIFERENTES MUESTRAS
3.3.3 Transmisión de Vapor de Agua “WVTR”
Es de nuestro conocimiento que la obtención de los datos de
WVTR los obtuvimos mediante el ensayo ASTM E-96, el cual
se describió en el Capítulo 2. A continuación se narrará el
desarrollo del ensayo para la obtención de los valores de
WVTR, con los cuales se estableció la permeabilidad para cada
una de las muestras que se estudiaron en esta tesis:
251
1. Para no transmitir humedad a las películas, al manipularlas
con las manos, se utilizó guantes de látex.
2. En la incubadora, se desarrolló la atmósfera a la cual
estarían sometidos los pouches, al ir introduciendo agua
líquida en un recipiente que se encontraba en el interior de la
incubadora y al ir manipulando el control de temperatura de
la incubadora. De esta manera se llegó las condiciones de
humedad relativa y de temperatura requeridas:
Guayaquil: 70% HR, 32ºC
Quito: 50% HR, 23ºC
Cada ambiente se desarrolló en una incubadora diferente, para
poder medir el WVTR de las muestras en diferentes
atmósferas, y así observar la influencia de la humedad y la
temperatura en la permeabilidad.
Cuando se introducía agua, se lo hacía en el menor tiempo
posible, para que la incubadora no permanezca abierta por
mucho tiempo y así no se alteren los resultados de WVTR. De
la misma manera se procedía con el hidrómetro, el cual servía
para controlar la humedad de la atmósfera desarrollada en la
incubadora.
252
A continuación se muestran fotos de una de las incubadoras y
del hidrómetro, herramientas que se utilizaron para la
realización del ensayo de WVTR:
(a) Incubadora
(b) Hidrómetro
FIGURA 3.16 INCUBADORA E HIDRÓMETRO EN LA REALIZACIÓN DEL ENSAYO DE WVTR
253
En la Figura 3.16, se muestra al hidrómetro midiendo la
humedad relativa y la temperatura del laboratorio donde se
encontraban los equipos y materiales para la realización del
ensayo de WVTR. Esta medición sirvió para controlar el
ambiente del laboratorio, cuya humedad relativa debía estar
en un rango de 50–52% y cuya temperatura en un rango de
20 – 22ºC.
3. Para la obtención de los pouches, se empezó cortando
pedazos de muestras de 22 cm x 12 cm. Se cortaron 6
pedazos por cada muestra, para lograr manufacturar 6
pouches de cada muestra:
3 pouches se someterían a la atmósfera de Guayaquil;
los 3 pouches restantes se someterían a la atmósfera de
Quito.
Cada pedazo de muestra se doblaba por la mitad del lado
más largo, o sea, por el lado que medía 22 cm. Al pedazo
doblado se lo sellaba térmicamente en los dos lados donde
se realizó el doblez; estos lados sellados térmicamente,
medían 11 cm cada uno, cada lado se sellaba a 1 cm de su
borde. A continuación se observan las fotos que detallarán
lo explicado en este párrafo:
254
(a) Pedazo de muestra
(b) Pedazo de muestra doblado
255
(c) Sellado térmico en los lados del doblez
FIGURA 3.17 CORTE, DOBLEZ Y SELLADO DE PEDAZO DE MUESTRA
Luego de haber sellado térmicamente los dos lados de 11
cm, se precedió a ubicar con un marcador suave, una
denotación en el pouch, la cual señalaba la muestra de la
cual se obtuvo, la atmósfera a la cual se sometería, y el
256
número de pouch (1, 2 ó 3). La Figura 3.18 mostrará cómo
se ubicó la denotación en un pouch:
FIGURA 3.18 DENOTACIÓN EN EL POUCH
4. Se taró la balanza en “0 g”, con lo cual se procedió a
llenar cada pouch de 25 g de desecante, en el menor
tiempo posible. El peso del pouch fue prácticamente
despreciable, por lo cual se taró la balanza en “0 g” y se
procedió a medir el peso del desecante envasado en el
pouch, junto con el mismo envase. A continuación se
muestran dos fotos, una de las cuales muestra la balanza
257
en el instante de tararla y la otra foto muestra al
desecante.
(a) La tara del Pouch en la Balanza
(b) Desecante
FIGURA 3.19 BALANZA Y DESECANTE
258
En el primer pouch, cada vez que se envasaba un poquito de
desecante, se pesaba, hasta que se llegó a los 25g de
desecante dentro del pouch, con lo cual se observó que los 25
g de desecante ocupaban la ¼ parte del pouch; esto ayudó a
que el envasado de los 25 g de desecante, en los demás
pouches, sea más rápido.
Para cada pouch, una vez que se llenaba de 25g de desecante,
inmediatamente se sellaba el lado superior horizontal del
pouch, o sea, el lado que mide 12 cm y que se encontraba
abierto para poder envasar el desecante en el pouch; justo
antes de sellar el lado superior, se expulsaba prácticamente
todo el aire que se encontraba en el interior del pouch, ya que
luego se asumiría cero “0” la presión parcial de vapor de agua
en el interior del pouch.
Luego de haber sellado el lado superior horizontal,
inmediatamente se introducía el pouch en la atmósfera
controlada. En las siguientes fotos se observa el pesaje del
desecante, la selladora térmica y el pouch sellado
completamente en el instante de introducirlo a la atmósfera
controlada de la incubadora:
259
(a) Pesaje del desecante
(b) Selladora térmica
(c) Introducción del Pouch en la Incubadora
FIGURA 3.20 PESAJE, SELLADO TÉRMICO E
INTRODUCCIÓN DEL POUCH EN LA INCUBADORA
260
5. Para cada pouch, luego de haberse introducido por primera
vez en la atmósfera controlada, se anota en un papel la
fecha y la hora en que se introdujo, lo cual sirve de
referencia para las futuras extracciones de los pouches. Se
estableció una frecuencia de extracción, la cual fue de 1 día,
es decir, cada día se extraían los pouches de la incubadora,
uno por uno, para el pesaje de cada uno de ellos, el cual se
anotaba en un papel. Luego de la determinación del peso de
cada pouch, se introducían inmediatamente en la
incubadora.
La maniobra diaria de extracción e introducción de cada pouch,
se la realizó por un lapso de 5 días, al cabo de los cuales se
terminó de desarrollar una tabla con el peso de cada día para
cada pouch. La tabla en mención se utilizó para el cálculo del
WVTR, el cual es igual al cociente entre el flujo másico y el área
de flujo; luego de calcular el WVTR, se procedió a calcular la
permeabilidad, con las fórmulas y métodos del ensayo ASTM E-
96, que se establecieron en el Capítulo 2.
A continuación se muestra un ejemplo en el cual se observa la
manera de aplicar las fórmulas y los métodos del ensayo ASTM
261
E-96, que se establecieron en el Capítulo 2 para el cálculo del
WVTR y la permeabilidad:
Muestra: DDR2
De esta muestra se obtuvo 6 pouches, los cuales se
sometieron a diferentes atmósferas, 3 de ellos se sometieron
a la atmósfera de Guayaquil y los 3 restantes se sometieron
a la atmósfera de Quito. A continuación se muestra una
tabla, en la cual se han apuntado los pesos de los pouches
en mención para cada día:
TABLA 11
PESO GANADO POR LOS POUCHES DE LA MUESTRA DDR2
En la Tabla 11 se observa la manera de procesar los valores
de los pesos que se obtenían cada día para cada pouch. Se
procedió a calcular el promedio de los pesos para los 3
262
pouches de Quito y para los 3 pouches de Guayaquil, cada
día; dichos promedios sirvieron para obtener el flujo másico
promedio de vapor de agua que ingresó a los pouches, tanto
de Guayaquil como de Quito, durante los 5 días de
permanencia en su respectiva incubadora.
Para la obtención del flujo másico promedio de vapor de
agua de la muestra DDR2, para cada atmósfera, se
desarrollaron dos gráficas para cada ambiente, a partir de los
promedios obtenidos. A continuación se explicará, para la
atmósfera de Quito, el desarrollo de las gráficas en mención:
o Quito
Mediante los promedios que muestra la Tabla 11, respecto
a los pouches de la muestra DDR2 que se sometieron a la
atmósfera de Quito, se desarrollaron dos gráficas. La
primera gráfica mostraría el promedio de los pesajes de
cada día; la segunda gráfica sería una tendencia lineal de
la primera gráfica, tendencia que indicaría el flujo másico
promedio de vapor de agua en Quito. Las dos gráficas que
se desarrollaron para los pouches de la muestra DDR2
que se sometieron al ambiente de Quito, son las que se
muestran en la Figura 3.21, a continuación:
263
(a) peso promedio de los 3 pouches de la muestra
ddr2, cada día en la atmósfera de quito
DDR2
PESO PROMEDIO DE LOS 3 POUCHES CADA DÍA EN QUITO
20,40
20,60
20,80
21,00
21,20
21,40
21,60
21,80
22,00
0 1 2 3 4 5
DÍAS
PE
SO
(g
)
QUITO
(b) Flujo másico promedio de vapor de agua para los
pouches de la muestra ddr2 que se sometieron a la
atmósfera de quito
FIGURA 3.21 GRÁFICAS DE LOS POUCHES DE LA MUESTRA DDR2 EN QUITO
264
Como se mencionó, la primera gráfica es una curva que
representa el promedio de los pesajes de los 3 pouches DDR2
para cada día. En dicha curva se observa, que el promedio de
los pesajes va aumentando en el transcurso de los días, lo cual
indica que los pouches ganaron vapor de agua en la atmósfera
de Quito, a lo largo de los 5 días. El peso total promedio
ganado de vapor de agua, sería igual al pesaje promedio al
quinto día menos el pesaje promedio de los pouches
justamente antes de introducirse a la incubadora por primera
vez.
La pendiente de la primera gráfica sería igual al flujo másico de
vapor de agua que ha ingresado a cada pouch DDR2, ya que
dicha pendiente es igual al cociente entre el peso promedio de
vapor de agua, en gramos, que ha ganado cada pouch y el
tiempo, en días, que ha transcurrido para ganar dicho peso.
La pendiente de la primera gráfica no permanece igual durante
los 5 días en que los pouches se encuentran en la incubadora,
lo cual nos indica que el flujo másico de vapor de agua tampoco
permanece constante durante el mismo lapso de tiempo.
El hecho de que la pendiente de la primera gráfica o que el flujo
másico de vapor de agua, no permanezca igual durante los 5
265
días en que los pouches están en la incubadora, impide que se
defina un flujo másico único para cada uno de los pouches
DDR2, a través de la primera gráfica.
Para obtener un flujo másico único para cada uno de los
pouches DDR2 en Quito, se debe desarrollar una curva que sea
completamente lineal, ya que la característica principal de una
curva completamente lineal, es una pendiente constante. Por
esta razón se procedió a desarrollar una curva completamente
lineal que se acercara lo más que se pueda a la primera gráfica,
con lo cual se obtuvo la segunda gráfica que se muestra en la
Figura 3.21.
La segunda gráfica es una curva completamente lineal de color
rojo que, como se puede observar, prácticamente cubre la
totalidad de la primera gráfica, o sea, los pesajes de la segunda
gráfica se acercan muy bien a los pesajes de la primera gráfica.
Cabe mencionar que la segunda gráfica es una tendencia lineal
de la primera, razón por la cual se la denominó “Línea de
Tendencia de QUITO”.
La Línea de Tendencia de QUITO tiene una pendiente
constante, lo que significa que, a través de dicha gráfica, se
266
obtendrá un flujo másico único para cada uno de los pouches
DDR2 en Quito.
La pendiente de la segunda gráfica se encuentra encerrada en
una circunferencia verde, que indica que esta pendiente es
igual al flujo másico único para cada uno de los pouches DDR2
en Quito. Dicho flujo másico único es el flujo másico promedio
de vapor de agua que ha ingresado en los pouches de la
muestra DDR2 en Quito, el cual es igual a 0.1883 g/día, según
nos indica la segunda gráfica.
Una vez que se obtuvo el flujo másico promedio de vapor de
agua que ha ingresado en los pouches de la muestra DDR2 en
Quito, se procedió a realizar los cálculos para la obtención del
WVTR y la permeabilidad de los pouches en mención.
Para el cálculo del WVTR se procedió a aplicar la Ecuación
2.20, la cual se mostró en el Capítulo 2:
At
qWVTR
267
Esta ecuación indica que la Transmisión de Vapor de Agua
(WVTR), es el cociente entre el flujo másico (t
q) y el área de
flujo (A).
El flujo másico ya se obtuvo mediante el desarrollo de las
gráficas de la Figura 3.21, flujo que resultó igual a 0.1883 g/día;
el área de flujo, luego de haber sellado todos los lados del
pouch, es igual a 2 veces 10 cm x 10 cm, o sea, 200 cm2.
Los valores de flujo másico y de área de flujo para los pouches
DDR2 en Quito, se reemplazaron en la Ecuación 2.20 y se
obtuvo el siguiente valor de Transmisión de Vapor de Agua:
2·00094.0
cmdía
gWVTR
Para el cálculo de la permeabilidad se utilizó la Ecuación 2.14,
la cual se mostró en el Capítulo 2:
pp
lWVTRP
Se observa en la Ecuación 2.14, que la permeabilidad (P)
depende de tres variables:
268
La transmisión de vapor de agua (WVTR);
El espesor del pouch (l);
La diferencia de las presiones parciales que existe entre el
interior y el exterior del pouch (Δpp).
La transmisión de vapor de agua para cada uno de los pouches
DDR2 en Quito, ya se calculó, obteniendo un valor de
200094.0
cmdía
g
.
El espesor de cada uno de los pouches DDR2, es igual al
espesor de la película DDR2. y tiene el siguiente valor:
93.9l
El valor del espesor para cada uno de los pouches DDR2, tiene
como unidad la micra (μ), unidad que es equivalente a la
milésima de milímetro.
La diferencia de las presiones parciales para cada uno de los
pouches DDR2, en Quito, se obtuvo de la siguiente manera:
La presión parcial de vapor de agua al interior del pouch se
asumió igual a cero “0”, ya que el desecante absorbía la
humedad en el interior del empaque.
269
La presión parcial de vapor de agua al exterior del empaque, se
calculó a través de las tablas de vapor, ingresando en ellas con
la temperatura del ambiente en el exterior del empaque, en este
caso, se ingresó a las tablas con la temperatura de la atmósfera
controlada de Quito (23 ºC), temperatura que indicó en la tabla
una presión de saturación para el vapor de agua de 0.02810
bar, cuya unidad se convirtió en mm Hg, con lo cual la presión
de saturación para el vapor de agua a la temperatura de la
atmósfera controlada de Quito, resultó 21.08 mm Hg.
A continuación se muestra una tabla de la cual se obtuvo la
presión de saturación para el vapor de agua, a la temperatura
de Quito. La tabla contiene únicamente datos de la región de
saturación para el agua; las dos columnas del lado izquierdo
contienen los valores de temperatura (ºC) y de presión (bar). En
la primera columna se ingresó con el valor de 23 ºC, para
obtener su respectiva presión de saturación:
270
TABLA 12
AGUA SATURADA
271
Como se mencionó, en la Tabla 11 se ingresó con la
temperatura de Quito (23 ºC), la cual indicó su presión de
saturación para el vapor de agua (0.02810 bar). Estos datos de
temperatura y presión de saturación para el vapor de agua,
resaltan dentro de un rectángulo rojo en la Tabla 11.
La presión de saturación que se muestra en la Tabla 11, tiene
su equivalencia en mm Hg, la cual es 21.08 mm Hg, como ya
se indicó. Se realizó esta conversión de unidades porque en la
permeabilidad interviene el mm Hg como unidad de presión.
La presión de saturación de vapor de agua, que se obtuvo en la
Tabla 11, no es la presión parcial de vapor de agua al exterior
del empaque, ya que las presiones de agua saturada que
presenta la Tabla 11, se han registrado en un ambiente o
sistema 100% húmedo, lo cual no es el caso de la atmósfera
controlada de Quito, atmósfera que contenía 50% de humedad.
Para el cálculo de la presión parcial de vapor de agua al
exterior del empaque, se utilizó la siguiente ecuación:
%10022
HRpp
OHo
OHp Ec. 3.3
Donde:
272
o
OHpp
2 es la presión parcial de vapor de agua saturada en la
atmósfera controlada;
OH
p2
es la presión de vapor de agua saturada en un
ambiente 100% húmedo;
HR es la humedad relativa ó el porcentaje de humedad que
contiene la atmósfera controlada.
En este caso, o
OHpp
2 es la presión parcial de vapor de agua
saturada en la atmósfera controlada de Quito; dicha presión
tendrá como unidad el mm Hg. OH
p2
que es la presión de vapor
de agua saturada, en mm Hg, que se obtuvo en la Tabla 3.8
(21.08 mm Hg). HR es la humedad relativa de la atmósfera
controlada de Quito (50%). Se reemplazan las variables
conocidas en la Ecuación 3.3, con lo cual se obtiene el valor de
la presión parcial de saturación para el vapor de agua en el
exterior del empaque:
%100
%5008.21
%10022 mmHg
HRpp
OHo
OHp
mmHgpo
OHp54.10
2
273
Una vez que se obtuvo la presión parcial de vapor de agua
saturada en el exterior del empaque, se procedió a calcular la
diferencia de las presiones parciales de vapor de agua
saturada, que existe entre el interior y el exterior del pouch,
mediante la siguiente ecuación:
i
OHpo
OHp
pppp
22 Ec. 3.4
Donde:
p
p es la diferencia de las presiones parciales de vapor de
agua saturada, que existe entre el interior y el exterior del
pouch;
o
OHpp
2 es la presión parcial de vapor de agua saturada en el
exterior del pouch;
i
OHpp
2 es la presión parcial de vapor de agua saturada en el
interior del pouch.
Como es de conocimiento, i
OHpp
2 se consideró igual a cero “0”
por la presencia del desecante en el interior del pouch. o
OHpp
2
se calculó mediante la Ecuación 3.3, obteniéndose un valor de
274
10.54 mm Hg. Se reemplazan las variables conocidas en la
Ecuación 3.4, con lo cual se obtendría el valor de p
p :
mmHgmmHgpppi
OHpo
OHp
p054.10
22
mmHgpp
54.10
Luego de conocer las variables de la Ecuación 2.14, se
procedió al reemplazo de las mismas para obtener el valor de la
permeabilidad para los pouches DDR2 en Quito:
mmHgcmdía
g
p
lWVTRP
p 54.10
93.900094.0
2
mmHgcmdía
gP
2000885.0
Mediante los pouches de la muestra DDR2 que se sometieron
en la atmósfera controlada de Quito, se demostró la manera de
proceder para el cálculo del WVTR y de la permeabilidad, para
cada una de las muestras en diferentes ambientes o
atmósferas, según las fórmulas y los métodos del ensayo
ASTM E-96 que se establecieron en el Capítulo 2.
Ahora que se ha narrado el desarrollo del ensayo ASTM E-96,
se procede a mostrar la tabla de resultados del mismo, en la
cual consta la permeabilidad de cada muestra. Estos resultados
275
servirán para establecer relaciones entre materia prima,
condiciones de procesamiento y propiedades mecánicas,
objetivo que se busca para saber de qué manera influye la
materia prima y las condiciones de procesamiento en las
propiedades mecánicas de las películas, por lo menos en las de
HDPE. A continuación se muestra la tabla.
TABLA 13
RESULTADOS DE PERMEABILIDAD PARA LAS DIFERENTES MUESTRAS
